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中情局的单座“黑鸟” 三马赫A-12的故事

空军之翼 2017-12-06 16:55:36

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  洛克希德A-12“牛车”是“臭鼬”工厂为美国中情局(CIA)制造的一种单座侦察机,也是著名的SR-71“黑鸟”战略侦察机的前身。A-12在1968年6月退役后,中情局把该机的秘密保守了40多年,直到2007年才正式解密。

U-2的缺点

  洛克希德的U-2侦察机被设计用来在极端高度飞行,以避免被截击机或地空导弹(SAM)拦截。U-2在中情局实施的最初的5次飞越苏联的秘密行动中(“感光板计划”)拍摄了超过38850平方公里的高分辨率照片(代号“象棋”)。

  基于这些照片收集的高度机密的情报(代号“天才”)使得中央情报局能够首次准确得出结论:西方长期以来对苏联轰炸机具有数量优势的看法(所谓的“轰炸机差距”)是完全错误的。

  “天才”还向美国情报界提供了大量关于苏联军事和工业能力的细节信息。但时在1956年7月10日,美国总统艾森豪威尔因苏联抗议美国飞机的入侵飞行而暂停了“感光板计划”。

  U-2的问题在于该机在研制时,美国国家情报评估机构(NIE)的一份情报预测苏联的S波段和V形波束预警雷达(北约代号“象征”)“无力探测60000英尺(18300米)以上高度的目标。”

  中情局根据这份错误情报向艾森豪威尔保证:苏联人发现飞行在21300米高空的U-2机会非常渺茫(更别提跟踪了)。

神秘的U-2在1955年夏首飞,该机的飞行高度在21300米以上以避免被探测到。但1956年春U-2在东欧上空的早期行动中,即便在这种高度还是能被陆基雷达发现和跟踪

  结果他们错了,在艾森豪威尔看来被发现和遭拦截一样糟糕,所以总统向中情局发出了直接挑战:“让雷达看不见U-2。”

  作为回应,在1956年8月16日,中情局规划和协调特别助理理查德·比斯尔和洛克希德“臭鼬工厂”的头头克拉伦斯·“凯利”·约翰逊(U-2的总设计师)以及其他一些著名科学家开了一次会。

“臭鼬工厂”的头头克拉伦斯·“凯利”·约翰逊

  他们的任务是为U-2研制一种“电子伪装”,让苏联雷达看不见它,于是“彩虹项目”就这样开始了。到第二年,“彩虹”第一阶段研制已在内华达州51区试验场如火如荼地进行着。U-2的机身下表面被涂上了洛克希德工程师称之为“壁纸”的雷达吸收材料(RAM),同时围绕着机身、机翼、垂尾表面布置了导线和铁氧体磁珠,以进一步减少U-2的雷达截面积(RCS)。1957年7月,在“彩虹项目”完成了一架U-2的改装后,艾森豪威尔总统不情愿地批准中情局恢复U-2飞越苏联的任务。

1956年8月洛克希德在麻省理工学院林肯实验室的协助下启动了“彩虹”计划,试图通过特殊涂料和外部隐身措施来解决U-2易被雷达探测的问题。该计划没有获得成功并在1958年5月被取消

  但这些隐身措施作用有限,中情局需要更激进的方案。1958年1月,中情局把“彩虹”第二阶段命名为“热忱计划”(Project Gusto),开始研究U-2的后继机。

  在为中情局忙碌“感光板”、“彩虹”和“热忱”计划的同时,“臭鼬工厂”还在为美国空军的“晒黑”(Suntan)侦察机项目工作。这种公司编号为CL-400的非隐身侦察机方案能在27400米高空以2.5马赫的速度巡航,安装两台液态氢燃料发动机。

  然而到了1958年2月,约翰逊开始担心该设计缺乏灵活性,因为难以在全球前沿作战基地预先储存液氢燃料。因此他说服美国空军取消了项目,洛克希德公司为此向客户返还9000万美元。该项目的取消使约翰逊认识到未来的高速飞机还是需要使用传统的碳氢化合物燃料。

  1958年6月,中情局波士顿科学工程研究所(SEI)向比斯尔提交了一份名为《尖头回波扫描研究》的报告。证明像U-2这样的飞机需要10分钟才能穿过监视雷达的探测区域,但如果飞行高度再高个6100米达到27400米,而且以3马赫速度飞行,那么仅需4分钟就能飞越这个区域。

  这份报告使比斯尔为“热忱”设定了具体目标:U-2后继机应该能在27400米高空以3马赫的速度巡航,雷达截面积应不大于10平方米,最好小于5平方米。

3马赫疯狂

  1958年4月,约翰逊开始在笔记本上描绘第一个3马赫概念,这个笔记本后来被称为“大天使笔记本”(在“臭鼬工厂”,人们把飞行高度很高的U-2称为“凯利的天使”,而飞得更高的后继机自然就是“大天使”了)。到1959年7月,约翰逊和他的团队已经完成了许多的不同设计,从A-1一直编号到A-12。

  1958年春,比斯尔邀请康维尔公司先进研发部的负责人兼B-58“盗贼”超音速轰炸机设计师罗伯特·威德默参加“热忱计划”。这样做的目的是出于兼听则明的考虑,但这也让约翰逊感觉到了压力,更加尽心尽力地优化自己的设计,其中包括降低飞机的雷达截面积。

  为了评估两家公司的各种设计方案,比斯尔成立了一个由两名空气动力学家和一名物理学家组成的独立专家团队,并由拍立得公司的创始人——发明家埃德温·兰德博士担任主席。

  在整个“热忱计划”期间,威德默和约翰逊与这个兰德委员会进行了6次会面,单独提交了各自的方案。

  康维尔的设计以为美国空军研究的一种“超级盗贼”两级寄生轰炸机为基础,被命名为“鱼”(FISH,“第一种隐身超级盗贼”的英文缩写)。这是一种4马赫的冲压动力方案,具有极佳的隐身性能。

“超级盗贼”(Super Hustler)是康维尔公司在 50 年代进行的一系列用于穿透苏联领空的4马赫载人飞机研究项目的统称。这种寄生飞机从B-58“盗贼”的机腹下发射

  1958年11月,约翰逊和威德默分别向兰德委员会提交了A-3和“鱼”方案,康维尔的设计给委员会留下了特别良好的印象,于是在12月授予该公司一份详细设计发展合同。

康维尔“鱼”最终设计总重17380千克,长14.33米,垂尾高3.05米,翼展11.28米,翼面积66.33平方米,最大速度4马赫,航程7200千米

1958年兰德委员会审核通过的洛克希德A-3成为康维尔“鱼”的竞争对手。A-3是一种能在28900米高空以3.2马赫飞行的单级非寄生飞机,该机机翼内侧的两台JT12涡喷发动机负责把飞机加速至超音速,然后翼尖两台直径1.02米的冲压发动机点火把飞机推进至3.2马赫巡航速度。JT12发动机使用JP-150燃油,冲压发动机使用硼基高能燃料

  康维尔设计能够获胜的关键是很低的雷达截面积。约翰逊的A-3虽然落败,但他被告知继续进行备用方案研究以防康维尔方案研制失败。

  在接下来的几个月里,约翰逊开始设计A-4和A-5,这两个设计具有一些隐身能力,但接下来的A-6并没有考虑降低雷达截面积。“凯利”遭遇到提高高性能和低雷达截面积之间的互斥,经常在满足其中一个要求的同时无法满足另一个。


洛克希德的设计从A-4一直进化到A-11构型。其中的A-4~A-6构型是小型自主发射飞机,具有翼身融合的外形特征,垂尾安装在机翼上,可被机翼遮蔽

  此外,约翰逊认为苏联雷达的发展速度以及频率的多样化将使问题进一步复杂化,解决这个互斥问题需要付出更多的时间和努力。


  1959年6月,美国空军战略空军司令部(SAC)决定取消B-58B的采购,使寄生的“鱼”失去了这种加长机身并升级发动机的载机。“凯利”·约翰逊让洛克希德公司相信虽然已经在竞争中出局,但言败为时尚早。

  康维尔现在处于不利地位,他们只有一个月的时间对寄生方案进行彻底重新设计,增加独立起降能力。该公司进行了一系列设计改进,从“银白鱼”到“鲱鱼”,再到“石首鱼”。

康维尔工程师广泛借鉴了“鱼”的设计特点来完成最初的“石首鱼”构型,但在最终方案的插图中很难看出遗传自“鱼”的特点

  其中“石首鱼”在两台普惠J58涡喷发动机驱动下在巡航-爬升末段进入3.2马赫、28600米的超音速巡航,并具有7400公里的无空中加油航程。

“石首鱼”的机翼前后缘有一圈锯齿状钢板,之间嵌有预浸石墨的耐高温陶瓷板以降低雷达反射

  为了降低雷达截面积,“石首鱼”的进气口被下方的机翼前缘遮蔽。机翼前缘呈锯齿结构,锯齿间的空隙被楔形介电插入块填充,作用是把入射雷达波转化成热量,从而显着降低雷达截面积。这项技术被称为边缘软化。

A-11构型是侧重性能牺牲雷达截面积的较大型设计。洛克希德向兰德委员会提交了细化的A-11构型供审核,该机的起飞总重超过41730千克,其中25100千克是燃油,依靠两台带加力燃烧室的J58涡喷发动机达到3.2马赫的巡航速度。该机航程7400千米,机长35.66米,机高6.40米,翼展17.37米

  洛克希德被指示对A-11设计进行隐身改进,为此可以牺牲一点巡航高度,于是约翰逊推出了A-12方案。两家公司都在1959年8月20日提交了各自的最终方案,洛克希德在9天后收到了正式通知:A-12在“热忱计划”中获胜。

洛克希德使用双垂尾取代了单垂尾,安装在两个发动机舱顶部。垂尾内倾15度以减小对侧面入射雷达波的反射。出于同样原因,在机身两侧增加了被称为“里脊肉”的倾斜表面形成翼身融合外形,并且在“里脊肉”和机翼边缘安装有具有吸波效果的锯齿边缘

A-12的发动机舱采用轴对称圆形进气口,而不是A-11的矩形或二维进气口。轴对称进气口可降低雷达截面积(消除了折角的强反射),并更容易融入机翼设计,用于调节进气量的进气锥也阻止了雷达波直接照射到发动机正面。为了减重A-12主要使用钛合金制造

“牛车”上路

  洛尔希德公司获得一份450万美元的合同进行为期六个月的可行性研究,新项目被分配了“牛车”的保密代号。在可行性研究期间,洛克希德将在51区的雷达目标散射(RAT SCAT)试验场使用全尺寸模型验证雷达截面积。

1959年8月29日洛克希德赢得竞标,但附带了一项条件——必须能证明A-12减小雷达截面积的措施有效。1960年1月中旬前洛克希德完成了证明

  1960年2月11日,中情局和洛克希德签订了价值9660万美元(差不多相当于今天的10亿美元)的合同,用于制造和测试12架A-12,其中包括一架双座教练机。


制造中的A-12全尺寸模型

总装中的“牛车”A-12

  A-12是迈向未知技术领域的一个飞跃,该机由两台J58涡喷发动机提供动力,每台推力15422千克,能进行3.2马赫(3541公里/小时)的持续加力巡航。

  此时机身温度飙升到超过220摄氏度,比大多数家用烤箱更热。由于铝合金在这样的温度下会变得太软,所以95%的飞机结构使用钛合金制造。

  普通JP-4燃油在这种温度下会被点燃并在油箱中爆炸,于是洛克希德研制了JP-7特种燃油。JP-7比JP-4更稳定,以至于常规点火器都无法点燃,所以“臭鼬工厂”又研制了特殊的使用三乙基硼烷(TEB)的化学点火系统(CIS)。

1960年2月11日,CIA授予洛克希德12架A-12飞机的合同

  这种物质在氧化时对火花极其敏感,可用于在地面和空中启动或重启发动机,以及点燃加力燃烧室。为了确保系统在不运行时的惰性,必须使用氮气对三乙基硼烷罐进行加压。

  就在“臭鼬工厂”加紧研制这种三倍音速老爷车时,1960年5月1日,弗朗西斯·加里·鲍尔斯在驾驶U-2执行深入苏联的任务中被SA-2地空导弹击落。事后艾森豪威尔向苏联领导人赫鲁晓夫承诺不会在自己的剩余总统任期再向苏联派出有人驾驶侦察机,这成为日后每一位美国总统所坚持的准则。

  “牛车”的未来也因此变得不确定,但研制工作仍在继续。1962年4月30日,洛克希德首席试飞员路•夏尔克驾驶A-12从51区进行了首次飞行。

1962年4月25日首架A-12进行了非正式首飞,试飞员是洛克希德的路•夏尔克。夏尔克在4月26日还进行了一次收起起落架的试飞,4月30日在政府代表面前进行了正式首飞

  此时飞机还没有官方绰号,飞行员杰克·威克斯建议取名叫“天鹅座”(北半球夜空的一个星座),这延续了洛克希德飞机的命名传统,从此被A-12飞行员叫开了。

A-12飞行员杰克·威克斯

  在“臭鼬工厂”,人们还以飞机的制造号或“物品”号飞来称呼每一架飞机:A-12原型机的物品号是121,美国空军序号是60-6924。在接下来的两年中,陆续出厂的A-12从伯班克工厂被通过公路运输到51区。中情局从美国空军中雇佣了12名飞行员,成立了第1129特别行动中队。现在接下来的问题是该把这种价值数百万美元的战略侦察机部署到哪里呢?

51区的物品130,A-12 60-6933

早安越南

  答案是越南,随着美军越来越多地卷入冲突,中情局反复向总统的秘密303委员会提出要求,在冲绳嘉手纳空军基地部署几架“牛车”。

  当情报表明北越即将获得地对地弹道导弹,以及U-2在河内上空开始遭遇SA-2的攻击时,总统在浓郁批准向冲绳部署“牛车”。1967年5月,“黑幕行动”开始了。

  22日,3架“天鹅座”中的首架从51区起飞,经过3次空中加油,6个多小时的飞行后抵达嘉手纳。7天后,所有3架A-12(物品127、129和131,美国空军序列号分别是60-6930、60-6932和60-6937)都安全抵达。

51区跑道上准备起飞的A-12

  A-12在31日执行了首次作战任务(任务代号BX001),飞行员梅乐·莫伊伏迪奇驾驶物品131从暴雨中起飞后(别忘了A-12是一架单座飞机),先在冲绳西南部的“深耕”加油轨道上与KC-135Q对接补充燃油,然后加速爬升到24400米高空开始3马赫巡航,直飞海防上空。从海防侵入后,A-12在河内上空转弯向西,然后在奠边府附近离开北越。

A-12飞行员梅乐·莫伊伏迪奇

  物品131在泰国上空的“广袤珍珠”加油轨道上完成了第二次空中加油,再次爬升并加速,然后从非军事区(DMZ)附近再次穿透北越。最后,莫伊伏迪奇驾驶物品131在嘉手纳的暴雨中做了三次进近尝试后安全降落。

A-12与装载JP-7燃油的KC-135Q特别加油机

  从A-12的珀金-埃尔默1型相机上拆下的胶卷被专机运输到纽约州的伊士曼·柯达工厂冲印,然后照片被送到华盛顿海军工厂的国家照片判读中心(NPIC)进行判读,结果令人惊讶:A-12成功拍到了10大类优先目标,其中包括190座已知地空导弹阵地中的70座。

  “黑幕行动”在头三个月成功完成9次作战任务。根据中央情报局的报告,在1967年6月20日杰克·莱顿驾驶物品127执行的BX6705号任务中,敌人首次使用目标搜索雷达对“牛车”进行了跟踪,这个消息使中情局总部和“臭鼬工厂”感到十分惊愕。

物品129在BX6705号任务中拍摄的北约河内照片

  到7月中旬,“黑幕行动”已经确定了北越没有获得地地导弹。“牛车”任务显示出了自己的重要性,为决策者提供了关于敌人战斗序列(OOB)的重要情报和高质量轰炸破坏评估照片。

  但行动也暴露出一个问题,那就是从拆除胶卷到判读员收到照片之间的耗时太长。所以美国空军驻日本横田空军基地的第67侦察技术中队进行了必要的技能培训、安全审批和设备升级,以接手冲印工作。从1967年8月18日起,第67中队能在任务完成24小时内为战区指挥官和照片判读员提供“黑幕行动”的照片。

  1967年10月28日,物品131执行BX6732号任务,丹尼·沙利文在进出北越空域时发现雷达告警接收机(RHWR)显示自己被地面火控雷达持续跟踪,北越还发射了一枚SA-2导弹,这在A-12任务中还是头一遭。

SA-2地空导弹飞向A-12的情景

  两天后的BX6734号任务中,沙利文驾驶物品129在北越上空的第一次东向飞越中,在海防和河内之间发现雷达告警接收机显示有两个SA-2阵地正在跟踪他,不过最后没有发射。但在第二次西向飞越时,他在同一空域遭受至少6枚导弹的攻击。

A-12飞行员丹尼·沙利文

  沙利文从后视潜望镜观察到6条尾烟正快速从飞机尾后追来,先爬升到27400米的高度,然后再向他转弯。他看到其中一枚甚至接近至90-180米(在885米/秒的高速下,这是非近的距离),随后在尾后发生了三次爆炸。机载1型照相机拍下了这6枚导弹的尾烟。

  沙利文驾机返回嘉手纳后,人们发现一小块弹片已经穿透机翼下方整流带,这是A-12和“黑鸟”系列侦察机遭遇的唯一战伤。

  北越的导弹活动导致中情局局长理查德·赫尔姆斯下令暂停所有的“黑幕行动”任务,在此期间,任务规划者开始审查和重新评估行动程序和航线。

  任务在一个多月后恢复并临时改变了目标,A-12首次对柬埔寨展开侦察。1967年12月8日,莫伊伏迪奇驾驶物品131执行了“黑幕行动”的BX6737号任务,两天后,杰克·莱顿驾驶同一架飞机执行了BX6738号任务。

A-12在“黑幕行动”中通过后视照相机拍摄的照片

  12月15日和16日,A-12恢复对北越的侦察。为了降低暴露在SA-2导弹下的风险,任务规划者重新制定了航线,把航线从东西向改为威胁较低的南北向。

  A-12在BX6739和6740两次任务中没有遭遇任何SA-2的攻击。但杰克·莱顿在1968年1月4日执行BX6842号任务时飞的是东西航线,在第二次飞越中遭到一枚SA-2的攻击。他打开“疯狂的飞蛾”和“蓝狗”电子对抗(ECM)设备,让导弹偏离自己。

“普韦布洛”号事件

  1968年1月23日,美国海军辅助通用环境研究船2号(AGER-2)“普韦布洛”号在朝鲜外海的国际海域执行电子情报(ELINT)和通信情报(COMINT)侦察任务时被朝鲜海军扣押。

“普韦布洛”号侦察船

  第二天,林登·约翰逊总统召集幕僚在白宫开会,批准使用“牛车”对朝鲜实施侦察。这次任务不仅需要知道被困船只的位置,而且还要知道朝鲜是否计划后续地面行动。

  中情局已制定出一个飞越朝鲜的计划草案,如果需要的话就能全面实施。总共三架A-12飞机参加了“普韦布洛”拍摄行动。

  就在“普韦布洛”号遭扣押24小时后的1月26日,杰克·威克斯驾驶物品131执行了BX6847号任务。这架A-12配备了“脚钉”、“疯蛾”和“蓝狗II”电子对抗设备,以及“系统IV”信号情报记录仪和1型相机。

  “普韦布洛”号位于元山湾附近的一个锚点,尽管威克斯遭遇了右发进气问题,但仍成功完成了计划的三次对朝飞越。

BX6847号任务的三次对朝飞越

  这次持续4小时的任务空前成功,朝鲜上空90%的空域晴朗无云,任务的解密报告指出A-12成功拍摄了84个中情局指定目标中的71个。

  图像需求和开发委员会(COMIREX)也是有资格为A-12选择目标的机构,机构指定的126个目标中有81个被拍到。A-12拍到的令人感兴趣的目标还有一座地对地导弹阵地、朝鲜13座地空导弹阵地中的12座,以及752个随机目标。

  报告的结论是BX6847号任务“对大部分朝鲜武装部队以及大部分运输系统和工业基地都进行了良好的基本覆盖”,这证明了A-12平台的突出能力。

BX6847号任务拍到的“普韦布洛”号

  第二次任务编号为BX6853,由弗兰克·默里驾驶物品127在2月19日实施,涉及两次飞越,飞机安装了与前一次任务相同的传感器。88%的指定目标没有被云层覆盖,但不包括“普韦布洛”号。

A-12飞行员弗兰克·默里

  5月6日,杰克·莱顿驾驶物品127飞向朝鲜飞去,执行第3次的BX6858号侦察任务,这将是整个A-12项目的最后一次作战飞行。

  与前两次任务相比,这次任务的收获令人失望,有50%的指定目标被云雾和阴霾覆盖,莱顿在持续飞行3小时30分钟后降落在了嘉手纳。

  虽然A-12获得的情报无法直接使朝鲜释放“普韦布洛”号的船员(他们直到近一年后才获得自由),但确定了朝鲜不打算在非军事区以南采取后续行动。

A-12的座舱仪表

  至于“牛车”项目,由于政治上的敏感性,该机永远不会获得执行最初设计任务的机会——飞越苏联。随着中情局“日冕”胶卷返回式侦察卫星项目的成熟,“牛车”就被停止使用。不过“黑幕行动”已经证明了有人驾驶侦察机能对热点地区实施快速侦察,并能在最短时间里作出反应,但“牛车”也因此成为一种常规军事冲突中的战术侦察平台,完全背离了中情局的初衷,这完全属于美国空军的洛克希德SR-71“黑鸟”的任务范围。

  事实上,预算局(BoB)高层从1965年11月起就一直在质疑同时执行A-12和SR-71两个项目的必要性。尽管中情局局长赫尔姆斯对此一直表示反对,但在持续的争吵后,国防部长克里夫·克利福德在1968年5月16日还是终止了“牛车”项目,并在5天后获得了约翰逊总统批准。

退役后被封存的A-12“牛车”

  中情局总共计划了63次“黑幕”飞行任务,其中只有29次被实施,被取消的主要原因通常是因为目标区域的恶劣天气。

  “3马赫侦察家族”的新成员是美国空军的洛克希德SR-71,也就是A-12双座改型。这种较重的飞机具有略微加大推力的发动机以及增强的传感器套件,其中包括强大的地面测绘雷达,能够穿透云层收集目标的高分辨率雷达图像。

A-12与SR-71的平面对比


“黑鸟”家族的侧面图对比

  此外,战略空军司令部除了让SR-71沿苏联周边执行高价值侦察任务和飞越美国利益相关的冲突地区外,还把该机纳入了总核战计划(SIOP)。

  为此,SR-71需要在核打击后对目标实施轰炸损伤评估(BDA)。由于A-12和SR-71之间的上述关键差异,所以让美国空军3马赫“黑鸟”得以多服役20多年的时间。



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